地形与热源强迫在亚洲夏季风形成与维持中的物理作用

本文利用变换的欧拉平均运动方程组及一个准地转34层球坐标模式来讨论地形与热源强迫对亚洲夏季风形成与维持的物理作用。 通过地形以及地形与热源强迫所产生的准定常行星波E—P通量的散度,强迫经圈环流及扰动地转风速的计算,表明了青藏高原东南部上空夏季的非绝热加热对于亚洲夏季风形成与维持起着重要作用,它远大于地形的动力作用。 计算结果还表明:地形与热源对亚洲夏季风形成与维持的物理作用中,它通过强迫经圈环流的作用要大于强迫波E—P通量的散度的作用。     

模式大气中太阳辐射异常对环流E—P通量特征的影响

利用太阳辐射异常时的模式积分结果资料，分析了环流的E-P通量特征，并将它与正常辐射条件下模式大气E—P通量特征进行对比．结果表明，辐射减弱优E—P通量的辐散、辐合及能量传播等与正常相比有一定的差异。这些差异与辐射减弱后温度场的降低及李风环流的减弱等有关。     

北半球E-P通量分析及其与副热带高压的关系

利用北半球1951－2000年冬季（1月）200hPa,500hPa的月平均资料，计算出E－P通量，并根据平均环流的E－P通量剖面图，研究了北半球冬季在大地形作用下，波动对基本气流的作用，以及波流相互作用下行星波的传播。北半球冬季平均E－P通量的辐合辐散与地形作用形成的大槽大脊相对应，其强度也与槽脊的强度相一致。另外，根据多年夏季（7月）的月平均高度场、风场及降水资料得到E－P通量和副热带高压的关系，进一步得到E－P通量与异常天气的关系。     

青藏高原对亚洲季风平均环流影响的数值试验

利用垂直方向具有９层σ面、水平方向菱形截断波数为１５的全球大气环流谱模式和有、无青藏高原大地形两种情况下１０年积分的模拟结果，研究了青藏高原大地形对亚洲季风平均环流的影响。结果表明：有、无青藏高原大地形，亚洲冬、夏季季风平均环流均存在很大的差异。去除地形，使夏季高层的南亚高压、低层的大陆热低压、副热带高压及冬季的大陆冷高压在位置或强度上发生了改变；地形的有、无决定着冬季东亚大槽的强度；索马里越赤道气流有地形时明显较无地形时强；地形的有无还影响着降水强度和雨带的分布。另外，副热带高压中心及雨带的季节性移动与高原大地形的存在与否亦有很大的关系     

江淮梅雨异常与东亚地区地表感热通量的关系

利用1951—2013年江淮地区30个代表站点逐日降水观测资料和NCEP/NCAR全球地表感热通量和环流场逐月再分析资料,探讨江淮梅雨异常与梅雨期及其前后东亚地区地表感热通量的相关关系及其物理机制。结果表明:梅雨前期,青藏高原、内蒙古高原和印度半岛的地表感热通量与江淮梅雨量存在正相关,当春季青藏高原、内蒙古高原、印度半岛地表感热通量异常偏高时,江淮梅雨偏多;梅雨期,梅雨量与地表感热通量显著负相关区在东海海面,同时青藏高原和河套平原地表感热通量在丰梅年显著偏大,说明海陆热力差异对江淮梅雨有共同调制作用;梅雨后期,河套平原、华北地区地表感热通量在丰梅年显著偏大,表明地表热力特征随大气环流的调整而发生演变。     

青藏高原译亚洲季风平均环流影响的数值试验

利用垂直方向具有９层σ面、，水平方向菱形截断波烽为１５的全球在气环充谱 有、无青藏高原大地形两种情况下１０年积分的模拟结果，研究了青藏高原大地形对亚洲季风平均环流的影响。结果表明：有、无青藏高原大地形、亚洲冬、青季季风流均存在很大的差异：去除地形，使夏季高层的南亚高压、低层的在陆热低压、副热带高压及冬季的大陆冷高压在位置或强度上发生了改变；地形的有，无决定着冬季东亚大槽的强度；索在越赤道气流有地形     

青藏高原大地形对南海冷涌事件影响的数值模拟

利用大气环流模式NCAR CAM3,通过比较敏感性试验与控制试验的结果,讨论青藏高原大地形高度对南海北部冷涌事件及环流的可能影响。结果表明,地形的绕流作用对阿留申低压和东亚大槽的产生有着重要作用,当大地形不存在时,两者消失。地形高度变化对大陆冷高压的强度有影响,随着地形高度的降低大陆冷高压强度减弱。即大地形对中高纬行星尺度平均槽脊具有重要作用,地形高度降低会导致中高纬环流经向度减小,不利于冷空气南下,从而影响冷涌事件的强度和发生频率。当地形高度减半时,由于大陆东部地势相对平坦,南海北部北风强度增加,使得南海北部冷涌的出现频率略有增加。当无地形存在时,由于无青藏高原大地形的存在,使得东亚中高纬环流的经向度显著减小,冷空气南下活动明显减弱;同时没有大地形激发冷锋后的Kelvin波向南运动,导致南海北部北风强度减弱,南海北部冷涌的出现频率也显著减少。     

E—P通量基本理论简述及三维波作用量守恒原理

本文简述了E—P通量的基本原理及其主要特性的物理意义。在准地转β平面近似下,引入“剩余经圈环流”,并推导出E—P通量的一般表达式;又从准地转位涡方程出发,利用WKBJ方法,导出了三维情况下波作用量守恒原理及群速和E—P通量的关系。还对地转无加速原理等作了解释。     

江南春雨形成机制的数值模拟

利用美国夏威夷大学国际太平洋研究中心的区域气候模式(IPRC-RegCM)进行了一系列的数值试验,研究了青藏高原大地形和海陆热力差异对江南春雨的影响。在控制试验中,模式较好地模拟了3～4月江南春雨雨带及低层大气环流特征,由于受高原绕流作用产生的西南气流和西太平洋反气旋环流西北侧的西南气流的共同影响,在我国的江南地区形成大范围的降水雨带,即江南春雨。当在模式中去除青藏高原大地形后,高原东南侧的西南气流显著减弱,江南春雨雨带强度明显减弱,但由于受到西太平洋反气旋西北侧弱西南气流的影响,我国江南地区仍然维持一个较大的降水雨带。在模式中人为地将110°E以东,20°～35°N纬度带的海洋设置为陆地,即人为地减少海陆热力差异后,模式模拟的江南春雨明显减少。在模式的另一组试验中将海温提前61天,即人为地将海陆热力差异季节转换推迟,模式模拟的江南春雨雨带强度也明显减弱。以上模式模拟结果表明,我国江南春雨的形成不仅与青藏高原大地形有关,而且与东西向海陆热力差异有关。     

东亚和太平洋上空平均垂直环流----(一)夏季

本文利用中央气象局出版的《北半球高空气候图集》中的风场资料,计算了50°E—130°W,0°—50°N范围内,七月平均850mb—100mb各标准层上的垂直运动,分析了不同区域的经向和纬向垂直环流的特点。指出:夏季130°E以西的低纬度为巨大的西南季风环流区,此外在高原的南北两侧还各存在一较小的经向环流圈,影响着高原附近的天气和气候;160°E以东的中低纬度的海洋上空为经典的Hadley环流所控制,其强度和影响的范围自西向东递增;由于青藏高原地形及夏季的热源作用,使其与西半球,南半球和中东太平洋的天气系统产生遥相关;平均直接从青藏高原上升的气流对西太平洋副高的贡献不大,而平均从西边直接下沉到西太平洋副高的气流是从高原以东的大陆上升的。最后根据计算和分析结果给出了青藏高原及其邻近地区三维空间的垂直环流示意图。     

青藏高原对大气环流的影响

许多研究指出对于全球范围的大气环流,大地形的强迫作用(热力和动力的)和海陆的热力差异起着同等的重要作用,一切区域性的,尤其靠近地形附近地区的天气气候特点,则更多的或基本上决定于地形的影响。但是地形的影响是复杂的,过去作了许多的研究,离解决问题还存在较大的距离。本文主要通过青藏高原来具体讨论地形的影响。 一、青藏高原与全球大气环流     

青藏高原对东亚大气环流及其低频系统影响的数值试验

本文利用P—σ混合坐标系的五层原始方程模式,研究了夏季青藏高原对东亚大气环流及其低频振荡(10—20天)的影响。结果表明,当没有青藏高原存在时,高原及孟加拉湾地区的降水明显减少;我国长江流域也干旱少雨;对流层中低层高原的强大热源作用也有所减弱;南亚高压位置偏南。数值试验证明,青藏高原是低频波传播的一个源地,同时还表明,高原对对流层中低层上的低频振荡有激发作用,当没有高原地形时,500hPa上低频环流将减弱。高原对低频波的径向传播有明显影响,而对低频波的纬向传播的影响却不显著。     

地形对大尺度环流的影响

本文用一个能量和角动量守恒的全球正压谱模式定性地分析了地形对大尺度环流的影响。分别做了四大类型的试验，得出一些有益的结论。结果表明：地形能使越过它的气流在其驻地及其下游产生低值系统；地形引起的扰动有同时向极地和向下游传播的现象，而且也向赤道传播；当赤道有西风通道时，北半球的扰动会向南半球传播；中高纬的急流有阻挡扰动向高纬发展的作用，在急流轴以北扰动发生转向。同时表明：地形引起的扰动不仅与地形的形状、初始场有关，而且与地形所在的位置也有关，处在中高纬地形的作用远大于处在低纬的；中高纬的地形，尤其是青藏高原对低纬大气环流有明显的影响。     

南亚高压的建立及其迁移的数值模拟研究

本文应用两层位势涡度方程模式,模拟了在青藏高原和范围同它相当的热源场共同作用下所造成的扰动对对流层大气环流的影响。按热源区的地理位置分三种情形:一是与大地形重合,相当于高原热源;二是与大地形错开,相当于西藏东南—孟加拉热源;三是位在大地形以东,相当于黄海—日本热源。模拟得出的对流层上层南亚高压的建立和季节性迁移,以及下层气旋系统及其切变线的主要特征,基本上反映出实际存在的天气学事实。模拟结果表明,对于亚洲大气环流由冬到夏的季节变化过程,除了要考虑大地形的动力学效应外,下垫面的加热过程也是很重要的因素。加热场的三个热源区在环流季节变化过程中具有各自不同的相对重要性。     

华中地区夏季区域性极端日降水事件变化特征及环流异常

利用1961—2010年夏季(6—8月)华中区域239个中国国家级气象台站逐日降水观测资料及NCEP/NCAR再分析资料集,对华中地区夏季区域性极端日降水事件及环流异常进行了分析,结果表明:华中地区夏季区域性极端日降水量的99百分位阈值为23.585 mm/d,20世纪80年代中期以后的极端日降水事件明显偏多,且6月下旬至7月中旬为华中地区极端降水多发期。极端日降水事件由具有从低层到高层呈斜压结构的异常环流控制,其南侧的水汽通过孟加拉湾与中国南海地区的异常反气旋外围呈阶梯状输送至华中地区。位于青藏高原东北侧的波作用量通量向华中地区的辐合有利于华中地区上空波动扰动的产生和维持,同时极端日降水事件的发生亦与华中地区的大气净加热及华中周边大范围区域中的净冷却形成的加热场梯度有关。这些结果表明华中地区夏季区域性极端日降水事件有显著的年际和年代际变化,且极端事件的发生与华中地区气旋性环流异常、青藏高原东北侧地形强迫、以及华中地区与周边非绝热加热梯度异常关系密切。     

NCEP-FNL与T213L31同化资料对比 分析中的地形差异影响

分析了2005年5月11日至6月10日的NCEP—FNL与T213L31分析资料在位势高度、温度和风场上的整体差异，揭示了低层差异最小，差异极值主要分布在3个关键区的特征。进一步通过地形高度差异与位势高度差异的相关性分析，认为青藏高原附近的地形高度差异的极值是引起两种资料位势高度差异的主要原因，并计算分析了这种差异对高原周围中低层大气环流的动力和热力影响。结果显示，在NCEP—FNL中的西南涡强度和热源作用较强，中层风速切变较弱。     

5月青藏高原上空环流与北疆夏季降水的关系

基于1961—2016年5—8月西藏高原环流指数、NCEP再分析资料和新疆96个气象观测站点的降水资料,通过相关分析和合成分析,研究了5月青藏高原上空环流与北疆夏季降水的关系,以及两者之间可能影响的物理机制。结果表明:(1)5月西藏高原环流指数Ⅰ与北疆夏季降水有较好的相关性,相关系数为0.38;(2)5月西藏高原环流指数Ⅰ的强弱变化会影响500hPa的夏季环流特征、夏季地表至300 hPa的水汽通量输送,当指数偏强时,夏季环流形势的配置和水汽输送均有利于北疆夏季降水,反之,则不利于北疆夏季降水;(3)夏季西藏高原环流指数Ⅰ和北疆夏季降水、5月西藏高原环流指数Ⅰ的关系密切,并且5月西藏高原环流指数Ⅰ和青藏高原5月、夏季的感热通量有明显的负相关,通过高原的热力持续性作用,5月西藏高原环流指数Ⅰ的强弱可以影响北疆夏季降水的多少。     

欧亚地形对不同季节大气环流影响的数值模拟研究

利用气候模式F-GOALS的大气谱分量SAMIL,设计了有、无欧亚地形的对比试验。通过分析其高度差异、流场差异、降水差异和温度差异得到欧亚地形对不同季节大气环流影响的特征。结果表明,欧亚地形对大气环流和气候的影响随季节变化而变化,基本可分为冬季型(11月~次年4月),夏季型(6~9月)及转化型(5月,10月),在中高纬高低层呈相当正压结构。冬季型高度差异以35°N和100°E为界,在北面呈西高东低,南面呈西低东高。夏季型在西太平洋地区为北高南低,在大陆上空为上正下负。850 hPa流场差异场的冬季型在西太平洋北/南部为气旋式/反气旋式环流,在大陆上以“青藏高原(TP)偶极流型”为主要特征;夏季的副热带以环绕青藏高原的气旋性环流和西太平洋的反气旋环流为主要特征。地形强迫的冬半年“TP偶极型”加强了冬季西伯利亚冷空气活动,形成了江南的春雨和华南的早汛期降水。地形强迫的夏季流型形成了孟加拉湾-青藏高原中东部的强降水差异,使东亚降水向北伸展,并引起亚洲降水分布的调整。     

青藏高原隆升对春、夏季亚洲大气环流的影响

利用全球大气环流谱模式R42L9,进行了有、无青藏高原大地形两种情况的10年积分,通过两个试验结果的比较,研究了青藏高原大地形对春、夏亚洲大气环流的影响。模拟结果表明：春季,青藏高原大地形对低层西风的阻挡引起了绕流,其北支气流加强了北方冷空气在高原东侧的南下;同时,作为一个弱热源,它的热力作用加强了高原南侧的南支西风气流,为华南地区输送了大量的暖湿空气。冷暖空气的交汇,加强了华南地区春季的降水。夏季,青藏高原强热源的存在,引起的低层气旋性环流,加强了青藏高原东侧的东亚夏季风,使其向北发展。盛夏,青藏高原“感热气泵（SHAP）”在南亚地区上空低层造成了负涡度和辐散异常,使南亚地区的夏季降水减少,南亚夏季风减弱;在对流层上层高原上宅形成负涡源,并通过遥相关加强了伊朗高压。     

青藏高原大地形对冬季东亚大气环流的影响

本文用有限区域的p—σ5层原始方程模式作数值模式,以美国国家气象中心的气候资料及姚兰昌等人计算的1979年1月东亚平均大气加热场作为初始场进行了数值模拟和试验,探讨了青藏高原大地形对冬季东亚大气环流的影响。试验结果表明:(1)冬季东亚加热场的热力作用比青藏高原大地形的动力作用要次一级。(2)冬季青藏高原大地形的动力作用,主要表现在纬向西风过高原的绕流效应和爬坡效应,它们对东亚冬季大气环流平均场的形成具有决定性的贡献。(3)冬季,在东亚地区垂直环流的分布及其强弱基本上取决于青藏高原的动力作用,最强的哈德菜环流出现在西太平洋地区,而不在高原地区。(4)冬季东亚加热场的热力作用主要表现在通过动力作用加强东亚大槽、加强高原南北两侧和日本上空的急流以及东亚地面反气旋。 在冬季,东亚地区的大形势分布主要取决于大地形的动力作用,而冷热源的热力作用则影响着系统的强度。